黃嘌呤氧化酶與痛風(fēng)

黃嘌呤氧化酶與痛風(fēng)

生理性疼痛是一種常見的原因?qū)е庐惓５呐拍?。?lián)合國在20世紀(jì)將其列為20個頑固的疾病之一。最新的流行病學(xué)研究表明,雖然中國人民生活水平不斷提高,但飲食結(jié)構(gòu)的不合理和生活節(jié)奏的加快,使痛風(fēng)的發(fā)病率逐年上升,已高于世界平均水平。傳統(tǒng)的抗痛風(fēng)藥物——促尿酸排泄藥(如丙磺舒、苯溴馬隆等)常伴隨有皮疹、發(fā)熱、腎臟損害等副作用。研究發(fā)現(xiàn)以黃嘌呤氧化酶(xanthineoxidase,XO)為作用靶點的抑制劑具有很好的抗痛風(fēng)應(yīng)用前景,本文就近幾年黃嘌呤氧化酶的結(jié)構(gòu)及其抑制劑的研究進(jìn)展作一綜述。1鼠和人之間的基酸序列同源性黃嘌呤氧化酶(XO)是一種黃素蛋白酶,存在于各種生物體中,可催化體內(nèi)的嘌呤底物形成尿酸。黃嘌呤氧化酶的晶體結(jié)構(gòu)已經(jīng)被解析,它由1330個氨基酸構(gòu)成,其氨基酸序列在鼠和人之間具有90%的同源性,它是由兩個完全對稱的結(jié)構(gòu)單元(圖1)構(gòu)成。每一個結(jié)構(gòu)單元為145ku,其催化中心包括一個鉬蝶呤(molybdopterin,Mo-pt)中心、兩個鐵-硫中心(iron-sulfurcenters,Fe/SⅠ,Ⅱ)和一個黃素腺嘌呤二核苷酸(flavinadeninedinucleotide,FAD),其中鉬蝶呤中心是黃嘌呤氧化酶催化黃嘌呤生成尿酸的關(guān)鍵位點。2黃系黃選擇抑制劑的意義黃嘌呤氧化酶抑制劑作為抗痛風(fēng)藥物,主要是上世紀(jì)60年代上市的別嘌呤醇(1),雖然一直延用至今,但是它有很多副作用,應(yīng)用后病人可有發(fā)熱、過敏性皮疹、腹痛、腹瀉、白細(xì)胞及血小板減少,甚至有肝功能損害等副作用。因此,研究新的黃嘌呤氧化酶抑制劑具有十分重要的意義。近幾年的研究發(fā)現(xiàn)了一些活性很好的黃嘌呤氧化酶抑制劑,根據(jù)其結(jié)構(gòu)將其分為嘌呤類似物、非嘌呤類似物和其他類。2.1如蘇，嘌呤類似物是一類有活性的黃嘌呤氧化酶抑制劑,主要有鳥嘌呤、腺嘌呤、黃嘌呤和次黃嘌呤類似物,它們中的一些化合物活性好于別嘌呤醇。2.1.1黃嘌呤氧化酶抑制劑Sorbera等報道,9-苯基鳥嘌呤(2)和(3)的IC50值分別為0.41和0.25μmol·L-1(別嘌呤醇IC50=5.9μmol·L-1)。Sheu等研究發(fā)現(xiàn)8-氮腺嘌呤(4)是混合型的黃嘌呤氧化酶抑制劑(競爭性-非競爭性),其抑制XO的IC50值為0.54μmol·L-1。Yoshida等發(fā)現(xiàn)一系列化合物IC50值平均是別嘌呤醇1/10左右,其中活性最好的化合物8-(4-異丁氧基-3-硝基苯基)-2-羥基嘌呤(5)其IC50值為11.1nmol·L-1,并且其體內(nèi)對黃嘌呤氧化酶的抑制率可達(dá)到50%,是目前發(fā)現(xiàn)活性最好的嘌呤類似物,研究發(fā)現(xiàn)在此類化合物中,疏水性的苯環(huán)取代對于活性的增加起到很重要的作用。2.1.2環(huán)境效益分析Naeff等報道8-芳基次黃嘌呤(6)和8-芳基黃嘌呤(7)具有抑制黃嘌呤氧化酶的活性,其活性優(yōu)于化合物9-苯基鳥嘌呤。對嘌呤類的氮雜環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)效關(guān)系研究發(fā)現(xiàn),雜環(huán)上含一個合適的取代基(如苯基)對活性是有利的,其中苯基位置的不同也直接影響活性,如(8)和(9)的IC50值分別為0.06μmol·L-1和0.4μmol·L-1。用C-NO2取代次黃嘌呤7位的氮,得到化合物(10)的IC50值為0.4μmol·L-1。對黃嘌呤和次黃嘌呤類似物的研究結(jié)果表明,不僅苯環(huán)對活性的影響很重要,其在整個體系中取代的位置對活性也有一定的影響。2.2小分子及其取代基隨著人們對黃嘌呤氧化酶抑制劑研究的不斷深入,人們發(fā)現(xiàn)一系列活性好的非嘌呤類似物,其作用機(jī)制與嘌呤類似物不同。晶體結(jié)構(gòu)研究表明,非嘌呤類似物通過占據(jù)酶的疏水空腔從而抑制了酶對底物的作用,如TEI-6720(11)為噻唑羧酸衍生物,由日本Teijin公司研制,IC50值為1.4nmol·L-1,比別嘌呤醇提高了3個數(shù)量級。該分子與酶的作用方式已得到證實(圖2),小分子可占據(jù)酶的整個疏水口袋:其噻唑環(huán)上的甲基以非極性頭進(jìn)入酶的疏水口袋,為距離鉬蝶呤中心最近的部分,約0.49nm;羧基是必需基團(tuán),與酶的氨基酸殘基形成雙重作用,為與酶結(jié)合最緊密的部位;而苯環(huán)和噻唑環(huán)之間的30°轉(zhuǎn)角,利于與酶的結(jié)合;分子中其他基團(tuán)通過氫鍵與酶相應(yīng)的氨基酸殘基產(chǎn)生作用。構(gòu)效關(guān)系研究表明,苯環(huán)上4位和3位的氰基和異丁氧基取代對活性的提高能起到重要作用。目前該藥已進(jìn)入Ⅲ期臨床研究階段。Y-700(12)為Welfide公司研制的芳基吡唑衍生物,IC50值為4.3～6.5nmol·L-1。構(gòu)效關(guān)系研究表明,吡唑環(huán)4位的游離羧基是活性必需基團(tuán),而苯環(huán)上3位和4位分別被氰基和異丁氧基取代,對活性的影響也是至關(guān)重要的。目前該藥處于臨床前研究階段。KT-651(13)為Kotobuki公司研制的聯(lián)苯類衍生物,其活性高于別嘌呤醇,IC50值為20nmol·L-1。目前已經(jīng)進(jìn)入臨床前研究階段,構(gòu)效關(guān)系研究還不是很明確。對于以上非嘌呤類似物的研究表明,分子必須具有一定的空間大小才能占據(jù)酶的疏水口袋;其五元雜環(huán)上的羧基作為極性頭進(jìn)入疏水口袋是活性必需基團(tuán);苯環(huán)及其取代基在疏水口袋的末端起到穩(wěn)定分子和疏水的作用。對于此類化合物的構(gòu)效關(guān)系研究對研制活性好的非嘌呤類黃嘌呤氧化酶抑制劑起到很好的指導(dǎo)作用。2.3化合物的活性黃酮類化合物作為一類天然產(chǎn)物具有各種生理和藥理活性,Cos等總結(jié)了其作為黃嘌呤氧化酶抑制劑的構(gòu)效關(guān)系:黃烷酮、二氫黃酮和黃烷醇由于缺少C2-C3之間的雙鍵而不具有抑制黃嘌呤氧化酶的活性;而黃酮(14)和黃酮醇則具有抑制黃嘌呤氧化酶的活性,其C5和C7位上的羥基與C2-C3之間的雙鍵對于抑制酶的活性具有同樣重要的意義。此類化合物的活性較別嘌呤醇稍差。Unno等從大花紫薇(Lagerstroemiaspeciosa)葉子中提取的VAD(15)和EA(16)具有抑制黃嘌呤氧化酶的活性,其中VAD的活性優(yōu)于別嘌呤醇,其IC50值為2.5μmol·L-1。Nguyen等從越南的蘇木(Caesalpiniasappan)中提取的一類化合物也具有抑制黃嘌呤氧化酶的活性,而且發(fā)現(xiàn)它們的抑制活性是濃度依賴的,其中活性最好的化合物(17)的IC50值為3.9μmol·L-1,動力學(xué)研究表明,大部分化合物可競爭性抑制黃嘌呤氧化酶,與別嘌呤醇抑制類型相同。Naito等從大鼠肝細(xì)胞中提取的BOF-4272(18)具有抑制黃嘌呤氧化酶的活性,它是一對光學(xué)異構(gòu)體,其中右旋(R)的活性要好于左旋(S)。3黃系抗痛藥物隨著人們生活水平的提高,加之飲食結(jié)構(gòu)的不合理,痛風(fēng)已成為危害人類健康的一種頑癥。但是目前臨床上使用的抗痛風(fēng)藥物品種有限,而且副作用明顯,因此研究高效低毒的抗痛風(fēng)藥物已經(jīng)迫在眉睫。以黃嘌呤氧化